某工厂10kV变配电系统设计

目录TOC\o"1-5"\h\z第1章绪论1HYPERLINK\l"bookmark4"\o"CurrentDocument"第2章线路3配电线路设计3高压配电线路放射式接线3高压配电线路树干式接线5高压配电线路环形接线7HYPERLINK\l"bookmark18"\o"CurrentDocument"短路电流计算8HYPERLINK\l"bookmark46"\o"CurrentDocument"配电系统电气设备的选型9HYPERLINK\l"bookmark48"\o"CurrentDocument"电气设备选择的一般条件9配电线路的元器件选型10变压器的选择10高压断路器11高压隔离开关11防雷设备的选择12互感器选择14工厂常用架空线路裸导线型号及电缆的选择15HYPERLINK\l"bookmark58"\o"CurrentDocument"裸导线型号及选择15电力电缆的型号及选择16HYPERLINK\l"bookmark80"\o"CurrentDocument"2.4控制线路设计17HYPERLINK\l"bookmark82"\o"CurrentDocument"定子串电阻降压启动控制线路17HYPERLINK\l"bookmark84"\o"CurrentDocument"星形-三角形降压启动控制线路18控制线路元器件选型19HYPERLINK\l"bookmark86"\o"CurrentDocument"接触器选择19HYPERLINK\l"bookmark88"\o"CurrentDocument"时间继电器选择19热继电器选择19熔断器的选择20第3章功率补偿21HYPERLINK\l"bookmark94"\o"CurrentDocument"功率补偿的意义及方式21HYPERLINK\l"bookmark96"\o"CurrentDocument"功率补偿接线的设计23三角形接线23星形接线23HYPERLINK\l"bookmark98"\o"CurrentDocument"3.3功率补偿原理及控制线路设计24无功补偿的根本原理24无功补偿控制线路24HYPERLINK\l"bookmark100"\o"CurrentDocument"功率补偿的计算25HYPERLINK\l"bookmark130"\o"CurrentDocument"第4章总线路设计27HYPERLINK\l"bookmark132"\o"CurrentDocument"结论28致谢29参考文献30工厂供电，即指工厂所需电能的供给和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供给用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在企业工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品本钱中所占的比重一般很小〔除电化工业外〕。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品本钱中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产本钱，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供给突然中断，那么对工业生产可能造成严重的后果。可见，做好工厂供电工作对于开展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。变配电系统是变电系统和配电系统的总称。其中变电系统的主要作用是通过变压器对一次侧电压进行升高或者降低，再从二次侧输出。变电系统的核心元件是各种变比的变压器，总之有电压改变的系统就是变电系统。至于配电系统可理解为一个用电系统中不存在电压的改变，就是配电系统，它的核心元件是各种电流级别的开关。工厂供配电工作要很好地为工业生产效劳，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须到达以下根本要求：平安应符合有关国家和技术标准的要求，能充分保障人身和设备的平安。2•可靠应满足电力负荷，特别是其中一二级负荷对供电可靠性的要求。灵活应能适应各种必要的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的开展。经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的开展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。工厂供电设计的一般原那么：按照国家标准GB50052-95?供配电系统设计标准？、GB50053-94?10kV及以下设计标准？、GB50054-95?低压配电设计标准？等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原那么：遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。平安可靠、先进合理应做到保障人身和设备的平安，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。近期为主、考虑开展应根据工作特点、规模和开展规划，正确处理近期建设与远期开展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。全局出发、统筹兼顾按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成局部。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及开展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。第2章线路设计配电线路设计供配电线路按电压等级的不同可分为高压线路（lkV以上）和低压线路（lkV以下）。本设计为某工厂变配电系统的设计，电压等级为10kV,那么为高压线路。而高压配电线路有放射式，树干式，环形三种接线方式。高压配电线路放射式接线（一）单回路放射式接线图2-1单回路放射式接线，这种接线方式的优点：接线清晰，操作维护方便，各供电线路互不影响，供电可靠性较高，便于装设自动装置，保护装置也较简单，但高压开关设备数量多，投资大，而且当某一线路发生故障或检修时，该线路供电的全部负荷都要停电。因此，单回路放射式接线只能用于二，三级负荷或容量较大以及较重要的专用设备。（二）公共备用干线的放射式接线对二级负荷供电时，为提高供电的可靠性，可根据增加公共备用线路，图2-2公共备用干线的放射式接线。该接线方式的供电可靠性得到了提高，单开关设备的数量和导线材料的消耗量也有所增加。如果备用干线采用独立电源供电且分支较少，那么可采用一级负荷。6〜10kV公共备用干线220/380V图2-2公共备用干线的放射式接线（三）双回路放射式接线图2-3采用双回路放射式接线，然后经分段母线用双回路对用户进行交叉供电。其供电可靠性高，可供电给一，二级的重要负荷，但投资相对较大。6~10kV6~10kV图2-3采用双回路放射式接线（四）采用低压联络线作备用干线的放射式接线图2-4所示为采用低压联络线作备用干线的放射式接线。该接线方式比拟经济，灵活，除了可提高供电可靠性以外，还可实现变压器的经济运行。低压侧采用单母线分段接线形式，可以在故障时实现不间断供电，保证负荷正常运行，供电可靠性较高。低压侧也可采用双母线分段接线形式。图2-4低压联络线作备用干线的放射式接线高压配电线路树干式接线高压树干式接线是指变配电所高压母线上引出的每路高压配电干线上沿线均连接了数个负荷点的连接方式。（一）单回路树干式接线图2-5为单回路树干式接线。该接线方式较之单回路放射式接线，变配电所的出线数量大大减少，高压开关柜的数量也相应减少，同时可节约有色金属的消耗量。但因多个用户采用干线供电，各用户之间互相影响，故当某条干线发生故障或需要检修时，将引起干线上的全部用户停电，所以这种接线方式供电可靠性差，且不容易实现自动化控制。单回路树干式接线一般用于对三级负荷配电，而且干线上连接的变压器不得超过5台，总容量不应大于2300kV・A。电源6〜10kV”——高压配电线220/380V车间变电所图2-5单回路树干式接线（二）单侧供电的双回路树干式接线为了提高供电可靠性，可采用如图2-6所示的单侧供电的双回路树干式接线方式。该接线方式可供电给二，三级负荷，但投资也相应地有所增加。6〜10kV高压配电线图2-6单侧供电的双回路树干式接线（三）两端供电的单回路树干式接线图2-7为两端供电的单回路树干式接线。假设一侧干线发生故障，那么可采用另一侧干线供电，因此供电可靠性也较高，与单侧供电的双回路树干式接线相当。当正常运行时，由一侧供电或在线路的负荷分界处断开，当发生故障时要手动切换，但寻查故障时也需中断供电。所以，两端供电的单回路树干式接线只可用于对二，三级负荷供电。6〜10kV丨III6~10kV图2-7两端供电的单回路树干式接线（四）两端供电的双回路树干式接线图2-8是两端供电的双回路树干式接线。这种接线方式比单侧供电的双回路树干式接线的供电可靠性有所提高，主要用于对二级负荷供电，当供电电源足够可靠时，亦可用于一级负荷。这种接线方式的投资不比单侧供电的双回路树干式接线增加很多，关键是要有双电源供电的条件。I6~10kV6〜10kV图2-8两端供电的双回路树干式接线高压配电线路环形接线高压环形接线实际上是两端供电的树干式接线，如图2-9所示,接起来就构成了环形接线。图2-9高压环形接线这种接线方式运行灵活，供电可靠性高。线路检修时可切换电源，故障时可切除故障线段，从而缩短了停电时间。高压环形接线可供电给二，三级负荷，且在现代化城市电网中应用较广泛。经过以上的比拟和分析，高压变配电系统的接线往往是几种接线方式的组合，究竟采用什么接线方式，应根据具体情况对应供电可靠性的要求，通过技术，经济综合比拟后才能确定。一般来说，高压配电系统应优先考虑采用放射式，对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区，可考虑采用树干式或环形配电式。通过分析比拟，某工厂10kV的变配电系统，最终采用低压联络线作备用干线的放射式接线方式，如图2-4所示。2.2短路电流计算短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比拟简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。为了选择高压电气设备，整定继电保护，需计算总降压变电所的35kV狈9、10kV母线以及厂区高压配电线路末端（即车间变电所10kV母线）的短路电流，分别为k-1、k-2和k-3点。但因工厂厂区不大，总降压变电所到最远车间的距离不过数百米，因此总降压变电所10kV母线（k-2点）与厂区高压配电线路末端处（k-3点）的短路电流值差异极小，所以只计算主变压器高、低压侧k-1和k-2两点短路电流。短路电流按系统正常运行方式计算，其计算电路图如附图2-10所示短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。»k-1-10kV400V，k-21图2-10等值电路现在用标幺值法进行计算。由意知：由题意知：SN=400kVAUn=400V取基准值：S=100MVABU(%)=10.5KU=U=10.5Bav.nX=*1-B100SNX=X*1*2X=26.25X丄=13.125*s2短路电流周期分量的有效值为:11===0.076*wX13.125*xI=IXI=0.076X.100=0.438(kA)w*wB<3x10.5i=J2KI=42X1.8x0.438二1.11(kA)impimpw短路电流的最大有效值为：I=1.521=1.52x0.438=0.67(kA)impw短路功率为：S=IS=0.67X100=67(MVA)kt*wB2.3配电系统电气设备的选型2.3.1电气设备选择的一般条件尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的根本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动稳定和热稳定。（一）按正常工作条件选择电气设备〜1.15倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即Un±Usn（2-1）电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度00下，电气设备的长期允许电流。IN不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即2爲（2-2）当电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。一般当海拔在1000〜3500m范围内，假设海拔比厂家规定值每升高100m，那么电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘高一电压等级的产品。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度O0=40dC，假设周围环境温度高于40oC但不大于60oC时，其允许电流一般可按每增高1oC,额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于+40oC时，环境温度每降低1oC,额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。（二）按短路状态校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为I?Qk(2-3)式中：Qk短路电流产生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。动稳定是电气设备承受短路电流和机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为ies^ish或比三爲(2-4)式中：ish、Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。2・3・2配电线路的元器件选型2.3.2.1变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的选型原那么：一般应优先选用S9、S11等系列的低损耗变压器。在多尘或有腐蚀性气体以致严重影响变压器平安运行的场所，应选用密闭式电力变压器。如BSL1型。对于高层建筑、地下建筑、化工单位等对消防要求较高的场所，主采用干式变压器，如SC、SCZ、SG3、SG10、SC6等系列。对电网电压波动较大的场所，以改善电能质量应采用有载调压电力变压器，如SZ7、SFSZ、SGZ3等系列。在电力变压器的选择中，变电所主变压器台数的选择。选择主变压器的台数，应考虑以下原那么：应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，有大量二级负荷的变电所，应采用两台变压器，当一台发生故障或检修时，另一台变压器能对一二级负荷和连续供电。只有二级而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，但必须在低压侧铺设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。对导线性负荷或昼夜负荷变动较大且要求采用经济运行方式的变电所可考虑采用两台主变压器。除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或三台及以上变压器。在确定变电所主变压器台数时应适当考虑负荷的开展并留取一定的余地。因此，本次设计为了确保电力线路的平安性和可靠性，选用两台主变压器。由设计要求知：额定容量为400KVA。根据查表(S9系列6〜10kV级钢绕组低损耗电力变压器的技术指标)如表一：表一S9-400/10根本参数规格型号额定电压额定容量连接组别号一次二次400kVADynllS9-400/10损耗空载电流阻抗电压空载(W)负载(W)3%4%87042002・3・2・2高压断路器高压断路器QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备。它的性能直接关系到线路运行的可靠性和平安性。在电网中，高压断路器既有控制作用，又有保护作用。高压断路器按灭弧介质的不同可分为油断路器、真空断路器、六氟化硫(SF6)断路器。油断路器油断路器分为少油断路器和多油断路器两种。少油断路器具有油量少、体积小、重量轻、运输安装方便的特点，油只作为灭弧介质使用。多油断路器具有油量多的特点，油兼有灭弧和绝缘的双重功能。在不需要频繁操作且要求不高的高压电网中，少油断路器得到了广泛的应用。在6〜10KV户内配电装置中常用的少油断路器为SN10-10型。按断流容量可将其分为I、II、III型，1型断流容量Soc为300MV・A,II型断流容量Soc为500MV・A,III型断流容量Soc为750MV・A。真空断路器真空断路器有噪音低、体积小、寿命长、体积简单、可靠性高的优点。主要用于平凡操作的场所，尤其是平安要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等。常用的真空断路器有ZN3-10、ZN12-12、ZN28A-12、ZN5-10型。六氟化硫(SF6)断路器六氟化硫断路器有灭弧能力强、绝缘强度高、开断电流大、燃弧时间短、检修时间长、断开电流电容或电感电流时，无重燃，过电压低等优点。但SF6断路器要求加工精度高，密封性要求严，价格相对昂贵。主要用于需频繁操作且有易燃易爆的场所，特别适用于全封闭组合电器，常用的有LN2-10型。因为本设计为某工厂10kV变配电系统，那么通过比拟选用真空断路器。其根本参数如表二。表二真耳空断路器根本参数规格型号额定电压额定电流开断电流断流容量ZN5-1010kV1250A25kA动稳定电流峰值热稳定电流固有分闸时间1S合闸时间1S配用操动机构型号63kA25(2S)kA5CD102・3・2・3高压隔离开关高压隔离开关(QS)是高压电气装置中保证工作平安的开关电器。其作用主要有:隔离电源，保证平安。倒闸操作。接通或切断小电流电路。高压隔离开关一般分为户外隔离开关(GW)和户内隔离开关(GN)两种。户内隔离开关其额定电压一般在35kV以下，10kV高压隔离开关型号较多，常用的有GN13、GN19、GN22、GN24、GN28、GN30等户内式系列。户外隔离开关由于触头暴露在大气中，工作条件比拟恶劣，因此一般要求有较高的绝缘等级和机械强度。户外隔离开关其额定电压一般在35kV以上，常用的有GW2-35、GW4-35(D)和GW4-110D。通过比拟，根据设计要求选用高压隔离开关。其根本参数如表三。表三高压隔离开关根本参数规格型号额定电压额定电流热稳定电流极限通过电流GN6-10/1000-8010kV1000A31.5(4S)kA峰值80kA2・3・2・4防雷设备的选择(一)避雷器的分类及特点防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷闪)的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。避雷器是变电所保护雷电入侵的主要装置，用于过电压保护。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。在供配电系统正常工作的时候，并不导电。避雷器的种类有阀型避雷器、保护间隙、管型避雷器和金属避雷器四种。阀型避雷器阀型避雷器又称阀式避雷器，阀型避雷器分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器两大类。普通阀型避雷器有FS型和FZ型两大系列。磁吹阀型避雷器有FCD型和FCZ型两个系列。普通阀型避雷器为了提高灭弧能力制成了磁吹避雷器，其内部附有磁吹装置来加速放电火花间隙中电弧的熄灭，专用于保护重要的或绝缘能力较弱的设备。保护间隙保护间隙又称角形避雷器，它简单经济，维护方便，但保护性能差，灭弧能力小。一般用于10kV及以下的电网中，并尽量与自动重合闸装置配合使用，以便减少线路的停电事故发生。为了改善供电系统的可靠性，凡采用保护间隙作为过电压保护装置时，一般在断路器上也要配备自动重合闸装置。管型避雷器管型避雷器也称排气管式避雷器，具有与保护间隙相同的缺点，目前仅用于安装在输电线路上绝缘比拟薄弱的地方和用于变电所的进线端保护中。一般用于中小型变配电所的避雷器为FS型阀式避雷器。金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器具有保护性能好，通流能力强，体积小，安装方便等优点。目前已广泛应用到电气设备的防雷保护中，随其制造本钱的降低，金属氧化物避雷器的应用会越来越广泛。通过比拟分析，根据本设计根本要求选用阀型避雷器，其根本参数见表四。表四阀型避雷器根本参数型号系统标称电压(kV)额定电压(kV)工频放电电压(kV)US冲击放电电压不大于波前冲击放电电压不大于标称电流下残压不大于不小于不大于FS系列FZ系列FS系列FZ系列FS系列FZ系列3kA5kA5kAFS-10(FZ-10)10263150455045414973916725516185106255667110138(二)架空线路的防雷措施架设避雷线防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kV及以上的架空线路上才沿全线装设。35kV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10kV及以下的线路上一般不装设避雷线。提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的根本措施。利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3〜10kV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的，在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。变配电所的防雷措施装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建〔构〕筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至3〜10kV主变压器的最大电气距离如表五：表五阀式避雷器至3〜10kV主变压器的最大电气距离雷雨季节经常运行的进线路数123>=4避雷器至主变压器的最大电气距离/m15232730避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，那么在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时(如IT系统)，其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。2・3・2・5互感器选择电流互感器(TA)又称仪用变流器，电压互感器(TV)又称仪用变压器。它们合称为仪用互感器，简称互感器。其作用主要是将高电压和大电流变为二次回路的标准低电压和小电流。还可用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。(一)电流互感器电流互感器根据其安装地点的不同可分为户内式和户外式两种。20kV及其以下制成户内式，35kV及其以上多制成户外式。电流互感器使用时的考前须知：电流互感器在工作时二次侧不得开路。电流互感器二次侧有一端必须接地。为了防止一、二次绕组间绝缘击穿时一次测高电压窜入二次侧，危机设备和人身的平安。电流互感器在接线时，要注意其端子的极性。电流互感器一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流的大小无关。电力互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互感器在近似于短路状态下运行。NH2Ni〔2-5〕电流互感器的额定电流比Ki为K二i为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。对测量精确度要求较高的大容量发电机和变压器、系统干线、发电企业上网电量、电网或供电企业之间的电量交换的关口计量点，宜用0.2级。装于重要回路中的互感器，准确级应采用0.2〜0.5级。对供运行监视、100MW及以下发电机组的厂用电、较小用电负荷以及供电企业内部考核经济指标分析的电能表和控制盘上的仪表，其电流互感器应为0.5〜1级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。根据设计要求，选择电流互感器根本参数如表六。表六电流互感器根本参数型号额定电流比级次组合准确度等级二次负荷准确度等级1LMZ1-102000,3000/54000,5000/5D23(二)电压互感器电压互感器是一种小型的变压器，其一次绕组并接于电力系统一次回路中。常见的电压互感器有：三相五柱式电压互感器、三相三柱式电压互感器、电容式电压互感器。电压互感器的特点：(1)电压互感器正常运行时近似空载状态。(2)电压互感器二次侧不允许短路。(3)电压互感器的接线方式根据二次负载的需要而定。根据设计要求，选择电压互感器根本参数如表七。表七电压互感器的根本参数型号额定电压〔kV〕二次绕组额定容量〔V•A〕最大容量〔V•A〕一次绕组二次绕组13JDZ-101050802004002・3・3工厂常用架空线路裸导线型号及电缆的选择2.3.3.1裸导线型号及选择导线分类铝绞线(LJ)。户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10kV及以下线路上，其杆距不超过100〜125m。钢芯铝绞线(LGJ)。此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线局部的面积。在机械强度要求较高的场所和35kV及以上的架空线路上多被选用。铜绞线(TJ)。铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。导线选择根据设计要求将选择铝绞线。铝导线的横截面选择导体横截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大〔通常指T>5000h〕，传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机，变压器的连接导max体及截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期运行电流来选择。①按导体长期发热允许电流选择按导体长期发热允许电流选择，那么计算式为：1-，■/C1―——1c2―——C3―——|图3-4并联电容器的三角形接线方式此种接线方式中并联电容器组的容量Qc△为星形接线中容量Qcy的三倍，这是由于Qc=WCU2，即Qc*U2，而三角形接线时加在电容器C上的电压为星形接线时的三倍，即U^=Uy，因此Qc/3Qcy。这就是说，相同的三个并联电容器，采用三角形接线的补偿容量为采用星形接线的补偿容量的三倍，充分发挥了他的补偿效果，是最经济合理的。所以额定电压在10kV及以下的配电网中，并联电容器组应采用三角形接线。另外当三角形接线中任一相并联器组断线时，三相配电线路仍能得到无功补偿。但三角形接线也存在缺乏，即并联电容器组直接承受配电网的线电压，当任何一台并联电容器因故障被击穿发生短路故障时，就形成了两相短路，通过故障点的电流为相间短路电流，短路电流非常大，可能导致并联电容器组油箱爆炸，威胁配电网的平安运行。所以，三角形接线多用于短路容量较小的工矿企业客户变电站和配电线路中。星形接线星形接线方式如图3-5所示。图3-5星形接线方式由于星形接线的并联电容器承受的是相电压，当一台电容器被击穿而短路时，通过故障点的电流是额定相电流的三倍；如果采用每相两段串联的星形接线时，一台被击穿，那么通过故障点的短路电流仅为1.5倍，因此运行就平安多了，所以星形接线能较好的防止并联电容器爆炸。另外，星形接线的一相被击穿时，当单台保护熔断器将故障电容器断开后，不易造成相间短路，使其与并联电容器继续运行。星形接线方式的缺乏是当一相并联电容器断线时，造成该相失去补偿，引起三相不平衡。通过分析比拟，根据本次设计要求将采用三角形接线方式。功率补偿原理及控制线路设计无功补偿的根本原理把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义：补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos①=0.8增加到cos①=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。降低线损，由

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AP%二〔1-cos①/cos①〕X100%得出其中cos①为补偿后的功率因数，cos①为补偿前的功率因数那么：cos①〉cos①，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。无功补偿控制线路控制电容器投切的器件主要有投切电容器专用接触器、复合开关、同步开关和晶闸管。投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联。在投入过程中辅助接点先闭合，与辅助接点串联的电阻使电容器预充电，然后主接点再闭合，于是就限制了电容器投入时的涌流。复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就防止了晶闸管的导通损耗问题，也防止了电容器投入时的涌流。但是复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比拟复杂，本钱也比拟高，并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比拟容易损坏。在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起的。同步开关是近年来最新开展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管，因此不仅本钱降低，而且可靠性提高。同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物，使机械开关在具有独特技术性能的同时，其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件，晶闸管的动作速度快，可以在一个交流周期内完成电容器的投入与切除，并且对投切次数没有限制。但是晶闸管的导通损耗大，价格高，可靠性差，除非用于动态补偿，否那么并没有优势可言。经过比拟分析，根据设计要求选择接触器分组投切的控制线路，其接线原理图如图3-6所示。图3-6接触器分组投切3.4功率补偿的计算功率因数是电力企业的一项重要技术经济指标，提高功率因数通常有两种途径：一是再不添置任何附加补偿设备的前提下，合理选择和使用电气设备，改善他们的运行方式，提高检修质量，从而提高自然功率因数，但自然功率因数的提高往往很有限。另一种那么是采用人工补偿装置来提高功率因数，人工补偿装置可采用同步电动机或并联静电电容器。根据本次设计要求将选择采用并联电容器的方法来改变功率因数，由设计要求知：•・•功率因数由0.45，通过采取适宜的方式，应将其补偿到0.9。cos申1=0.45cos申2=0.9申1=arccos0.45=63.26。申2=arccos0.9=25.84otan申1=1.98tan申2=0.48贝UAq=tan申1-tan甲2=1.5cAq—称为无功补偿率cPe=55X3+90+160=415kWPe—设备组的总容量通过查表(用电设备组的需要系数，二项式系数及功率因数值)可知：变配电所，仓库照明kd=0.5〜0.7那么：此处选kd=cos申1=0.45tan申1=1.98・•・有功计算负荷为：P30=kdXX415=(kW)无功计算负荷为：Q30=P30Xtan申1=X=(kvar)p2905视在计算负荷为：S=se==645.56kV•A30cos申10.45要将功率因数由cos申1=0.45提高到cos申2=0.9,所需补偿的无功容量为Qc=Q—Q=P30(tan申1—tan申2)=X—0.48)Tq=Qq为并联电容器的单个容量cn•:n=cQc为所需补偿的无功容量qcQ43575取qc=50，那么n=匕=50沁8.7c故取n=9,说明无功补偿装置需要三个电容器组。第4章总线路设计根据设计要求，结合第二章和第三章设计内容，总线路设计如下图:某工厂OkV变配电系统的设计接线图6-10kV电源进线QFD■■■■■——-WII门11\sX\VVW«220/380V5WIIT7QFC这种主接线的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电。因此其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。高压侧采用单母线分段接线形式，用分段断路器QFD进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。在可靠性要求不同时，亦可以用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。低压侧采用双母线分段接线形式，当一段母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线，即可恢复供电。这样只是局部短时停电，而不必全部短期停电。结论本次设计是某工厂10kV变配电系统的设计，根据设计要求，着重从以下几方面入手：配电线路设计、控制线路设计和补偿线路设计，通过计算短路电流，根据短路电流的大小来选择电气设备，最终确定了电气主接线形式，完成了设计原理图。主接线形式采用低压联络线作备用干线的放射式接线，高压侧采用单母线分段接线形式，低压侧采用双母线分段接线形式，提高了供电可靠性。整个设计都是以“提出问题-分析问题-解决问题〞这样的程序完成的，在指导老师的严格要求下，遇到问题